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1 傳統無功補償裝置應用背景及現狀
隨著中國三十年的經濟高速發展，電力電子設備在各行業得以普遍使用，變頻電源、整流電源、逆變電源、開關電源、節(jie)能(neng)燈(deng)等(deng)典(dian)型(xing)非(fei)線(xian)性(xing)負(fu)載(zai)在(zai)配(pei)電(dian)係(xi)統(tong)占(zhan)比(bi)越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)。傳(chuan)統(tong)無(wu)功(gong)補(bu)償(chang)裝(zhuang)置(zhi)在(zai)現(xian)代(dai)配(pei)電(dian)係(xi)統(tong)應(ying)用(yong)中(zhong)，不(bu)但(dan)不(bu)能(neng)有(you)效(xiao)提(ti)升(sheng)配(pei)電(dian)係(xi)統(tong)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)，降(jiang)低(di)係(xi)統(tong)線(xian)損(sun)，反(fan)而(er)變(bian)成(cheng)主(zhu)要(yao)的(de)故(gu)障(zhang)源(yuan)——電容器嚴重漏油、串抗頻繁燒毀、保險損壞爆炸，嚴重時會造成係統火災係統停電等惡性事故，以下是諧波造成補償櫃和係統問題的典型照片。
圖1 接觸器燒毀
圖2 嚴重漏油損壞
圖3 對地短路
圖4 係統火災
2 測試數據分析
通過測試浙江某大型船舶製造公司的一個船塢配電室傳統無功補償投入前後數據可以清晰看到傳統無功補償對諧波嚴重放大的情況。
圖5 配電係統架構圖
測試地點為1#變380V低壓總進線開關側：
表1投入傳統無功補償裝置前後對比
由以上數據可以清晰看出投入傳統無功補償裝置前後：配電係統電壓畸變率由4.8%放大到6.5%，超過國標14549-93標準；配電係統電流畸變率由9.5%放大到18.9%，總諧波電流由由112A放大到202A；配電係統電流波形由不規則單峰變成雙峰，主要放大諧波以5次和11次諧波最為明顯。
該配電係統頻繁出現電容器損壞故障及嚴重漏油現象，也頻繁出現空壓機變頻器模塊莫名擊穿損壞問題。
圖6係統故障局部
3 配電係統存在的風險
julejie，peidianxitongbaokuoyoudalianghanjiejihebianpinkongzhidekongyajidengfeixianxingdianyuan，xiebohanliangjiaogao，chuantongwugongbuchangzhuangzhitourupeidianxitonghuidaozhiyixiafengxian：
chuantongwugongbuchangzhuangzhiyanzhongfangdaxitongxiebohanliang，daozhiqigonggonglianjiedianxiebohanliangchaobiaowurandianwang，yinqigongdianbumenguanzhu，yanzhongshihuigeiqiyexiatingdianzhenggaitongzhidan；
傳統無功補償裝置無法跟蹤負載波動速度，可能造成係統諧振，導致電氣設備的過壓過流以致保護斷電，使生產中斷，產生嚴重後果；
由於傳統無功補償裝置不能正常運行，配電係統功率因數低下，變壓器、母排、各種配電元件中流經大量無功電流，使變壓器、母排、各種配電元件容量下降且發熱嚴重，可能出現過載現象燒壞設備；
放大的諧波產生積膚效應，會造成變壓器線圈、母排、斷路器、電纜等電氣元件嚴重發熱，元器件發熱會導致火災、短路等問題，給係統安全造成極大風險；
超標的電壓諧波會嚴重幹擾整條生產線的弱電係統，以及造成變頻器、開關電源等設備控製模塊損壞，導致生產線不能正常運行，影響企業效益；
放大的諧波電壓疊加在基波電壓上隨著負載快速波動，會造成電壓波動幅度大、頻率快，給產品品質和壽命帶來很大影響；
諧波極易造成保護誤動作，衝擊斷路器的保護限值，造成斷路器莫名跳閘甚至燒毀，一旦發生，給生產線造成極大損失；
以上情況最終會造成配電係統不能連續安全運營、用戶投資不能得到有效回報、用戶產品成本增加及運營成本升高、用戶生產效率降低或產能降低、用戶能耗巨大。
4 現狀分析、建議及治理效果
4.1現狀分析
傳統無功補償裝置導致配電係統諧波含量嚴重放大，且補償裝置元器件頻繁燒毀，分析得原因如下：
電容器容抗對高次諧波呈現低阻抗、容抗和以下參數相關。XL=1/(2X3.14XfXC)，peidianxitongdexiebohanliangyuegao，jipinlvcishuyuegaozerongkangzhiyuedi，xiangtongdedianyaxia，huizaochengdianrongqidedianliuyichangfangda。daozhipeidianxitongxiebodianliuyichangshenggao，dianrongqiguoliu、接觸器、保險、導線等均存在嚴重過流發熱情況，從而造成補償裝置電氣元器件頻繁損壞。
諧(xie)波(bo)電(dian)壓(ya)對(dui)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)危(wei)害(hai)。傳(chuan)統(tong)無(wu)功(gong)補(bu)償(chang)裝(zhuang)置(zhi)放(fang)大(da)配(pei)電(dian)係(xi)統(tong)諧(xie)波(bo)電(dian)流(liu)，該(gai)諧(xie)波(bo)電(dian)流(liu)和(he)配(pei)電(dian)係(xi)統(tong)的(de)變(bian)壓(ya)器(qi)感(gan)抗(kang)及(ji)係(xi)統(tong)阻(zu)抗(kang)耦(ou)合(he)後(hou)導(dao)致(zhi)配(pei)電(dian)係(xi)統(tong)電(dian)壓(ya)發(fa)生(sheng)畸(ji)變(bian)；chaobiaodexiebodianyadiejiaxitongdejibodianyahouhuidaozhixitongdianyashenggao，zaochengdianrongqiduandianyachaoguodianrongqideedingdianya，juxiangguanziliaodianrongqideduandianyashenggao10%，會導致電容器的壽命縮短一半時間；當網側的背景諧波電壓超標時，也會導致傳統無功補償裝置電容器的使用壽命縮短。
諧振：傳chuan統tong無wu功gong補bu償chang裝zhuang置zhi為wei容rong性xing負fu荷he，與yu配pei電dian係xi統tong變bian壓ya器qi的de感gan抗kang有you固gu定ding諧xie振zhen頻pin率lv，當dang負fu載zai頻pin繁fan波bo動dong時shi，會hui造zao成cheng傳chuan統tong無wu功gong補bu償chang裝zhuang置zhi頻pin繁fan投tou切qie。另ling外wai，電dian容rong器qi隨sui著zhe使shi用yong時shi間jian拉la長chang，電dian容rong量liang會hui逐zhu漸jian衰shuai減jian，這zhe些xie原yuan因yin導dao致zhi傳chuan統tong無wu功gong補bu償chang有you很hen高gao的de諧xie振zhen風feng險xian。當dang配pei電dian係xi統tong發fa生sheng諧xie振zhen時shi會hui導dao致zhi配pei電dian係xi統tong的de電dian壓ya、電流異常升高，嚴重危害電力負載和配電設備。
chuantongwugongbuchangzhuangzhiwufagenzongfuzaikuaisubodong。dangpeidianfuzaiweikuaisubodong，chuantongwugongbuchangwufagenzong，chuxianpinfantouqieshi，dianrongqitouqieshidelangyongchongjidianyahedianliuyehuidaozhidianrongqizuxunsusunhuai，yanzhongshihuidaozhichuantongwugongbuchangzhuangzhifashengbaozhaqihuo，zaochengxitongtingdiandengshigu。
以上問題是傳統無功補償裝置無法規避的風險！
4.2對策建議
針對傳統無功補償裝置產生的諧波放大、功率因數無法有效提高、無法跟蹤負載的快速變化等問題，第三代無功補償裝置——靜止無功發生器SVG有效的解決了傳統無功補償裝置的問題。
4.2.1靜止無功發生器SVG原理
SVG以yi大da功gong率lv電dian壓ya型xing逆ni變bian器qi為wei核he心xin，通tong過guo調tiao節jie逆ni變bian器qi輸shu出chu電dian壓ya，使shi其qi和he係xi統tong電dian壓ya形xing成cheng可ke調tiao基ji波bo電dian壓ya差cha或huo諧xie波bo電dian壓ya差cha，從cong而er控kong製zhi注zhu入ru係xi統tong的de無wu功gong電dian流liu或huo諧xie波bo電dian流liu，達da到dao補bu償chang無wu功gong和he抑yi製zhi諧xie波bo的de目mu的de。
圖7 SVG工作原理圖
4.2.2 SVG產品主要特點
雙向無功補償：既可以補償容性負載，有可以補償感性負載，額定容量下可以保證功率因數0.99不波動；
濾除諧波：針對配電係統主要諧波含量如5、7、11、13次等諧波進行濾除，保證係統諧波含量符合國標14549-93標準；
跟蹤響應速度快：SVG跟蹤負載進行濾波補償全響應時間小於20ms；
精確補償，消除諧振：SVG濾波補償完全根據配電負載所需進行精確補償，不存在過補償問題，消除了配電係統因容性發生諧振的可能。
表2 SVG和傳統無功補償裝置性能比較
4.2.3 SVG和傳統無功補償裝置經濟分析
傳統無功補償裝置主要部件為電容器或電容器電抗器組，其成本隨著經濟發展較為平穩上升。而SVG的核心器件為IGBT和DSP等電力電子元器件，其價格成本隨著材料應用的成熟有下行趨勢，推廣應用越迅速，其價格下降將會越快，二者的交集會快速到來。
綜合以上特點，SVG產品適應了現代電網配電特征，是完全替代傳統無功補償裝置的最先進的第三代無功補償裝置。
5 SVG產品應用案例
5.1項目背景
某有色冶金企業銅材SCR軋銅生產線，弱電幹擾嚴重，變頻器模塊經常損壞，電能質量急需得到提升。
圖8 SCR軋銅生產線現場環境
5.2項目意義
諧波治理可以有效提高供電係統的可靠性，消除係統諧波危害；諧xie波bo治zhi理li可ke以yi顯xian著zhu提ti高gao配pei電dian係xi統tong的de功gong率lv因yin數shu，諧xie波bo治zhi理li可ke以yi大da幅fu減jian少shao因yin諧xie波bo造zao成cheng的de高gao頻pin振zhen蕩dang，降jiang低di軋zha線xian設she備bei運yun行xing時shi噪zao音yin。所suo以yi該gai軋zha線xian諧xie波bo治zhi理li既ji能neng保bao證zheng其qi配pei電dian係xi統tong的de安an全quan運yun行xing，提ti高gao生sheng產chan效xiao率lv，又you能neng節jie能neng降jiang耗hao具ju有you很hen大da經jing濟ji效xiao益yi。
5.3測試結果
實測粗軋和精軋設備運行時係統存在5、7、11、13次等特征諧波，諧波含量豐富。軋線工作時，負荷變化速度在幾個周波，對於諧波治理設備的響應速度也提出了極高要求。
5.4項目方案
1250KVA軋銅變壓器低壓總進線側配置了一台台達300KVAR的靜止無功發生器。
5.5治理效果
網側波形從嚴重畸變恢複成正弦波波形。
表3 靜止無功發生器投入前後對比
5.6安裝圖片
圖9 安裝現場圖
5.7項目回顧
某(mou)有(you)色(se)冶(ye)金(jin)企(qi)業(ye)銅(tong)材(cai)軋(zha)線(xian)應(ying)用(yong)台(tai)達(da)靜(jing)止(zhi)無(wu)功(gong)發(fa)生(sheng)器(qi)成(cheng)功(gong)地(di)解(jie)決(jue)了(le)粗(cu)軋(zha)和(he)精(jing)軋(zha)的(de)諧(xie)波(bo)及(ji)無(wu)功(gong)補(bu)償(chang)問(wen)題(ti)，提(ti)高(gao)了(le)軋(zha)線(xian)配(pei)電(dian)係(xi)統(tong)的(de)電(dian)能(neng)品(pin)質(zhi)，保(bao)障(zhang)了(le)配(pei)電(dian)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)，取(qu)得(de)了(le)極(ji)其(qi)顯(xian)著(zhu)諧(xie)波(bo)治(zhi)理(li)及(ji)節(jie)能(neng)效(xiao)果(guo)，整(zheng)個(ge)項(xiang)目(mu)於(yu)2011年7月全部安裝調試完成，運行至今。
6 總結
傳統無功補償裝置由於其固有的電氣特性不能適應現代配電係統負載需求，而第三代無功補償裝置SVG克服了傳統無功補償裝置的問題，不但解決配電係統的諧波和無功問題，而自身作為電流源，有先天規避諧振風險的優勢。安全、可靠、低耗地保證了配電係統的持續運營，SVG產品替代傳統無功補償裝置在配電係統中大麵積推廣應用必將成為一種趨勢。
作者簡介：
周巍，男，生於1972年10月，畢業於中國國防科技大學，計算機信息管理專業。現任中達電通股份有限公司節能應用產品處經理，從事電能質量產品開發、規劃和營銷，具有多年從事電能質量產品的行業經驗。
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